【正文】 .............................27 表 1 自 平 衡 過 程 階 躍 響 應 曲 線 及 其 傳 遞 函數(shù) ............................. 表 2 自 平 衡 過 程 整 定 計 算 公式 .........................................32 引 言 水是生命之源，供水自然關系到國計民生的重要地步，其中最為重要的是生活用水，各城市的大中小水廠是生活用水的直接來源，水廠濾池的好壞不僅影響出水的質量，更關系到人民的生命安全，所以水廠濾池在供水中起到很重要的作用，以前的水廠濾池大都使用人工控制，不僅費力，而且勞動強度大，勞動效率低，出水的質量也很難保證，因此，對水廠濾池提出自動化改造 已經(jīng)是很有必要的事情了。機電專業(yè)畢業(yè)設計 基于 PLC 的水廠濾池自動控制系統(tǒng)設計 基于 PLC 的水廠濾池自動控制系統(tǒng)設計 摘 要 水是生命之源，供水自然關系到國計民生的重要地步，供水不僅要滿足工業(yè)用水，還要滿足生活用水 ,農(nóng)業(yè)用水等等，其中最為重要的是生活用水，各城市的大中小水廠是生活用水的直接來源，水廠濾池的好壞不僅影響出水的質量，更關系到人民的生命安全，所以水廠濾池在供水中起到很重要的作用，以前的水廠濾池大都使用人工控制，不僅費力，而且勞動強度大，勞動效率低，出水的質量也很難 保證，因此，對水廠濾池提出自動化改造已經(jīng)是很有必要的事情了。s life safety, so the water in the water in term plays very important role, most of the water before viewing using artificial control, not only arduous, and the intensity of labor, labor efficiency is low, the water quality also is very difficult to guarantee, therefore, viewing of water automation reconstruction has put forward is very be necessary things....... At the beginning of design, work from the current term of waterworks is generally used to filter method, and the deficiency, but each kind of method is not perfect, and only through continuous improvement, to gradually achieve the optimization design. This design from viewing a water control system minimum control requirements and control technology of the design based on PLC control system of waterworks ponds, and in the process of viewing a normal filter, in order to realize constant water level filtering, designed for the flow of water out of the liquid level control parameters for viewing the PID control system. And in the system to receive to reverse wash signal, this system in the design is how to better and PLC control the PLC coordinated control term of reverse wash scheme parison and optimization, strengthening the control of the idea of clarity, achieve the expected effect of to the system39。而 在系統(tǒng)接收到反沖洗信號時，本系統(tǒng)在設計上就主控 PLC 如何更好的與現(xiàn)場 PLC 協(xié)調(diào)控制濾池的反沖洗方案進行了對比并且做了優(yōu)化，增強了控制思路的清晰性，明確性，達到了預期的控制效果和要求。 3．可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)，體積卻小于繼電氣控制系統(tǒng)。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)就都會陷于癱瘓。 我國的改革開放政策加速了我國濾池控制技術的發(fā)展，十九世紀八十年代，通過引進國外的先進技術，以及引進外資，建立的中外合資企業(yè)，我國的濾池控制技術取得了顯著的發(fā)展，控制系統(tǒng)也逐漸全面化，一些控制系統(tǒng)能對生產(chǎn)工藝的各個環(huán)節(jié)連續(xù)自動地監(jiān)測、調(diào)節(jié)、記錄、報警等等。在實際標準化和開放型的過程中，逐漸趨向于采用 UNIX OSE/1 ， HP UX,Solaris,AIX ,Windows NT 這樣的開放式操作系統(tǒng)和視窗技術。過程的聲音也是相當重要的，通過一定的轉換手段，可以將過程聲音引到操作臺的終端和話筒喇叭上，這樣操作員可以聽到故障機件的聲音，幫助辨別故障發(fā)生的位置。它具有出水水質好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節(jié)能和便于自動化管理等特點。 關閉進水閥，但有一部分進水仍從兩側常開的方孔流入濾池，由 V 型槽一側流向排水渠一側，形成表面掃洗。 底部采用帶長柄濾頭 底板的排水系統(tǒng)，不設礫石承托層。此外反沖洗時，原水通過與反沖洗排水槽相對的兩個 V 型槽底部的小孔進入濾池，它掃洗濾層的表面，并把濾層反沖上來的污物、雜質推向排水槽，同時掃洗了水平速度等于零的一些地方，在這些地方漂起來的砂又重新沉淀下來。反沖洗就是對濾層的清洗，需要控制鼓風機、水泵等沖洗設備，以及濾池相關閥門的開、關。 控制系統(tǒng)的組成 濾池 控制系統(tǒng)一般由受控設備、電氣執(zhí)行機構、控制器和上位機組成。按要求，每次只有一格濾池進行反沖洗，當多格濾池同時要求進行反沖洗時，系統(tǒng)自動按照先進先出的原 則排隊進行。這樣的優(yōu)點是使控制系統(tǒng)更加可靠，當某一控制單元發(fā)生故障時不會嚴重影響其它單元的自動運行，同時由于單元內(nèi)控制設備、檢測儀表就近相連，減少了布線成本。其網(wǎng)絡拓撲如 31 所示。 Kd 為微分系數(shù)， Kd Kp/Td。使用位置式 PID 數(shù)字控制器會造成 PID 運算的積分積累，引起系統(tǒng)超調(diào)，這在生產(chǎn)過程中是不允許的。通過 PLC計算得出閥門位置的機制也就不再適用，需要重新設計。如果減小這個所謂的比例系數(shù)，就可以減小閥門動作頻率，并增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。 然而，僅僅縮短一次性動作時間仍然不能實現(xiàn)穩(wěn)定控制。首先估算濾速，平均的濾速 V 可通過下式求得： V 假設以日產(chǎn) 202000 噸為例計算： 假設這個速度是在閥門 90%開啟度的時候達到的，那么閥門每改變百分之一的開度，對濾速的影響為 厘米 /秒。這樣就可以對連續(xù)兩次采樣的值作一個比較，判斷液位的升降。先開反沖氣閥、鼓風機，氣沖開始。但這里無須考慮此問題，因為連接控制器的網(wǎng)絡自身的通訊協(xié)議己能夠確保信號傳送的可靠性。原因是因為上述的通信機制只是一 部分，實際的工程中還涉及了故障報警，故障處理等問題，需要添加大量通信機制。 修改后的反沖洗過程共分為三個階段 :反沖洗前的開、關閥階段，反沖洗階段，反沖洗后的關、開閥階段。 簡化后的反沖洗過程中的兩控制器的控制作用階段分得很清晰，便于控 制器集中完成控制任務，不僅簡化了協(xié)調(diào)過程，對于簡化突發(fā)故障的處理也很有意義。 PLC 的組成 PLC 主要有單板機、輸入、輸出接口、電源、擴展接口和編程器接口等幾部分組成 ，其結構框圖如下圖所示： 圖 41 可編程序控制器的硬件結構框圖 PLC 的工作原理 PLC 的工作過程一般分為：輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 （ 5）縮短了設計、施工、投產(chǎn)調(diào)試的周期。為了滿足他們的傳統(tǒng)習慣，通常 PLC 不采用微機的編程語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，這些編程語言有梯形圖 LAD（ ladder Diagram 、語句表 STL（ Statement List 、功能塊圖（ FBD 、邏輯方程式或布爾代數(shù)式等。因此， PLC 工作過程大致可以分為以下五步： 1 自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復，為此PLC 每次掃描用戶程序以前都對 CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異常現(xiàn)象則轉入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。 0? 0? 1756R4011 ― 6 isolated current 13 bits ― . Removable Terminal Block Housing Backplane Current mA at 5V Backplane Current mA at 24V Power Dissipation 1756R4021 1756TBCH 1756TBS6H 150 mA 40 mA 1756R4021 1756TBNH 1756TBSH 250 mA 300 mA 0?550W laods 551? 1000W loads 表 43 開關量模塊輸入輸出參數(shù)表 . Number of Inputs/outputs Voltage,On State Input, Nom. Operating Voltage Input Delay Time,ON to OFF EDA9150A 32 12/24V dc sink 10? dc 420 ms+filter Time 0,1,2,9,or 18ms TEPLCH1 XBTN200 16 Electronically fused 12/24V dc source 10? dc . Removable Terminal Block Housing Backplane Current mA at 5V Backplane Current mA at 24V Power Dissipation 1756EDA9150A 1756TBCH 1756TBS6H 120 mA 2 mA W60℃ TEPLCH1 XBTN200 1756TBNH 1756TBSH 250 mA 2 mA W60℃ 傳感 器和執(zhí)行器的選擇 液位傳感器的選擇 本次設計需要濾池液位處于恒水位的位置，因此，液位傳感器的選擇十分重要，市場上的液位傳感器主要有：浮子式的，壓阻式的，超聲波的，氣泡式的等。綜合各個眼里變送器的特點及結合本次設計的實際要求和工作環(huán)境，本次設計擬采用擴散硅壓力變送器，其主要型號是北京昆侖海岸公司生產(chǎn)的 JYBKO 經(jīng)濟型密封壓力變送器。 ％ F?S（ 23177。在具體選擇時，可做如下考慮： 1 閥芯形狀結構 主要根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮。 通過比較各個電磁閥的性價比決定本次設計選用上海金剛自控閥門有限公司生產(chǎn)的先導膜片式電磁閥，型號是 ZCA 精小型高壽命黃銅電磁閥，該電磁閥性能穩(wěn) 定可靠，抗過載能力強。采用蝸輪減速器，不僅可以使蝶板具有自鎖能力，使蝶板停止在任意位置上，還能改善閥門的操作性能。數(shù)字量輸出模塊主要時負責現(xiàn)場濾池上各個開關閥的開、關以及水泵、風機的起停控制，而開關量的輸入模塊則是針對強制反沖洗信號的接受并且下達反沖洗動作命令的執(zhí)行。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的方式執(zhí)行程序，這樣便能實現(xiàn)整個控制過程的順利執(zhí)行。 輸出地址 對應功能 輸入地址 對應功能 AO： 0 出 水 閥 開 度 AI： 0 濾池水位信號 DO： 0 進水閥開 /關 AI： 1 壓力變送信號 DO： 1 反沖氣閥開 /關 DI： 0 強制反沖信號 DO： 2 反沖水閥開 /關 DO： 3 排污閥開 /關 DO： 4 鼓 風 機開 / 關 DO： 5 水泵開 /關 表 43 I/O 地址分配表 最后，各控制參數(shù)由檢測裝置測量后經(jīng)由變送裝置將各信號轉化為 420mA電信號，送入 PLC 的輸入輸出模塊。 通過采用電動蝶閥能很好的控制濾池的出水流速，保證了出水的質量和要求。 10% 材料 閥體 鍛壓黃銅 密封 1 型：丁晴橡膠 NBR??2 型：氟橡膠 FKM??特制：硅橡膠（食品級） PSI 環(huán)境溫度 20~60℃ 連接方式 內(nèi)螺紋 電氣連接 接線盒電纜插座，防護等級 IP65 使用電壓 AC:220V 50Hz 、DC:24V??其余根據(jù)要求 ??100%持續(xù)工作 特殊選配 BZCA 防爆電磁閥 防